专利名称：具有分离的球面弹簧引导件的单向阀的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及单向阀，更特别地，涉及一种具有分离的球面弹簧引导件的单向阀。
背景技术：
共轨燃料系统通常使用连接至被供有高压燃料的共轨或集管的多个喷射器。为了 高效地适应燃料喷射的多种正时和喷射量的不同组合，该系统通常包括与共轨流体连通的 可变排量泵。一类可变排量泵是凸轮驱动的入口或出口计量泵。凸轮驱动的入口或出口计量泵通常包括多个活塞，每个活塞设置在单独的泵送室 中。活塞通过从动件连接至带凸角的凸轮，使得当凸轮转动时，相关联的凸角导致活塞从泵 送室缩回以将流体抽入泵送室中，然后驱动活塞进入泵送室以将燃料从泵送室经出口单向 阀排入共轨中。出口单向阀确保只有达到最低阈值压强的流体进入共轨，且阻止共轨中的 流体经过单向阀回到泵。虽然现有的泵送应用中所使用的出口单向阀是有效的，但是它们可能难以加工并 且成本较高，并且耐久性较低。因此，新类型的单向阀对于这些应用来说可能是有用的。于2001年6月12日授权予Bartussek等人的美国专利6M4295 ( ‘295专利)中 公开了用于泵送应用的一种示例性的出口单向阀。‘295专利中公开了一种出口单向阀，其 具有容纳阀球的管形阀壳体。该出口单向阀还具有压配合在纵向延伸的引导肋与阀壳体的 周向壁之间的穿孔圆板。螺旋压缩弹簧抵住穿孔圆板并且将阀球朝向阀座压迫。穿孔圆板 上包括用于使弹簧居中的轴环。阀壳体与穿孔圆板分离。在操作中，‘295专利的出口单向阀使得泵活塞排出的流体能够沿单个方向经过 阀。具体来说，当流体与阀球接触时，流体将阀球推离阀座，并且克服弹簧的偏压而压缩弹 簧。当阀球离开阀座时，流体能够流过阀球经穿孔圆板中的轴向孔流出单向阀。虽然‘295专利中的出口单向阀可能是制造简单并且成本较低，但是它仍可能是 有问题的。具体来说，因为穿孔圆板压配合在阀壳体中，在单向阀的操作过程中穿孔圆板可 能不能移动。并且，因为穿孔圆板起弹簧引导件的作用，引导件的固定属性会使得弹簧和阀 球有可能不对准和束缚。本发明所公开的单向阀旨在克服上述问题中的一个或多个、以及/或现有技术的 其他问题。
发明内容
一方面，本发明涉及一种单向阀。该单向阀可以包括至少部分地限定具有开口端 和封闭端的中央孔的主体、以及与所述主体分离并且设置在所述中央孔的所述封闭端中的 弹簧引导件。该单向阀还可以包括位于所述中央孔中并且具有与所述弹簧引导件操作地接 合的第一端的弹簧、以及操作地接合所述弹簧的第二端并且能够通过压差移动以压缩所述 弹簧的阀芯。所述弹簧引导件相对于所述主体是可动的。
在另一方面，本发明涉及另一种单向阀。该单向阀可以包括至少部分地限定具有 开口端和封闭端的中央孔的主体、以及由所述中央孔的所述封闭端接收的具有球形部分的 弹簧引导件。该单向阀还可以包括位于所述中央孔中并且具有与所述弹簧引导件的与所述 球形部分相对的部分操作地接合的第一端的弹簧、以及操作地接合所述弹簧的第二端并且 能够通过压差移动以压缩所述弹簧的阀芯。
图1是一种示例性地公开的燃料系统的示意图；且图2是可以用于图1的燃料系统的一种示例性地公开的单向阀的放大剖视图。
具体实施例方式图1示出用于诸如汽油机、柴油机、气体燃料内燃机的内燃机(未示出)的示例性 的燃料系统10。在一种实施方式中，燃料系统10可以是共轨燃料系统，其包括能够将来自 低压容器14的燃料经流体通道16输送至高压泵18的燃料输送泵12。高压泵18可以将燃 料增压并且引导增压燃料经过一个或多个出口单向阀20并通过流体通道M到达共轨22。 多个燃料喷射器沈可以定位为从共轨22经单独的流体通道28接收增压燃料，并且将所接 收的燃料的至少一部分喷入相关联的发动机燃烧室。高压泵18可以包括至少部分地限定第一筒32和第二筒34的壳体30、设置在第一 筒32内的第一活塞36、以及设置在第二筒34内的第二活塞38。第一筒32和第一活塞36 可以共同限定第一泵送室40。第二筒34和第二活塞38可以共同限定第二泵送室42。虽 然图1示出高压泵18具有两个泵送室，但是可以想到高压泵18可以包括任何数量的泵送室。第一驱动器44和第二驱动器46分别可以操作地连接至第一活塞36和第二活塞 38。第一驱动器44和第二驱动器46均可以包括用于驱动第一活塞36和第二活塞38的任 何机构，例如多凸角凸轮、螺线管致动器、压电致动器、液压致动器、马达或本领域已知的任 何其他驱动机构。第一驱动器44的转动可以导致第一活塞36在第一筒32内相应的往复 运动，且第二驱动器46的转动可以导致第二活塞38在第二筒34内相应的往复运动。第一 驱动器44和第二驱动器46中的每一个可以操作地连接至相联的内燃机并且由该内燃机驱 动。高压泵18还可以包括入口 48和低压管道50。入口 48可以将高压泵18流体连 接至流体通道16，且低压管道50可以将入口 48与第一泵送室40和第二泵送室42流体连 接。一个或多个入口单向阀52可以设置在低压管道50与第一和第二泵送室40、42之间， 以使得低压燃料从低压管道50向第一和第二泵送室40、42单向流动(S卩，阻止燃料从第一 和第二泵送室40、42向低压管道50流动)。高压泵18还可以包括出口 M和高压管道56。出口 M可以将高压泵18与流体 通道M流体连接，且高压管道56可以将第一和第二泵送室40、42与出口 M流体连接。出 口单向阀20可以设置在高压管道56内以使得高压燃料从高压管道56向共轨22单向流动 (即，阻止燃料从共轨22向高压管道56流动)。在一些实施方式中，溢出控制阀(未示出)可以布置在将第一和第二泵送室40、42与低压管道50流体连通的溢出通道中，以选择性地允许一部分流体从第一和第二泵送 室40、42排出以流入低压管道50。应当注意，从第一和第二泵送室40、42排出(即溢出) 至低压管道50中的流体的量可以与排出(即泵送)至高压管道56中的流体的量成反比。 可以想到，在一些应用中，如果希望，入口单向阀52可以额外地起溢出控制阀的作用，或者 被溢出控制阀取代。如图2所示，出口单向阀20可以包括相互协作以提供从第一和第二泵送室40、42 到高压管道56的单向燃料流的多个部件。特别地，出口单向阀20可以包括主体58、与主体 58分离并且设置在主体58内的弹簧引导件60、操作地连接至弹簧引导件60的弹簧62、以 及设置在主体58内并且被弹簧62在远离弹簧引导件60的方向上偏置的阀芯64。如下文 将更详细说明地，弹簧62可以响应于阀芯64两侧的压差而压缩，以使得燃料能够从第一和 第二泵送室40、42流至高压管道56。主体58可以是大致圆柱形的构件，其能够螺纹接合高压泵18的壳体30。特别地， 主体58可以包括基底部分66、螺纹部分68、位于主体58的与基底部分66相对的末端处的 第一非螺纹部分70、以及位于基底部分66和螺纹部分68之间的第二非螺纹部分72。第一 和第二非螺纹部分70、72均可以实施为主体58的直壁外圆柱部分。第一非螺纹部分70的 直径可以比螺纹部分68的直径小。第二非螺纹部分72的直径可以与螺纹部分68的直径 大致相等。虽然示出第二非螺纹部分72的轴向长度比第一非螺纹部分70的轴向长度更长 并且比螺纹部分68的轴向长度更短，但是，可以想到其他的长度关系也是可能的。在机加 工时，第一和第二非螺纹部分70、72可以被用于安装、稳定和加强单向阀部件的定位。主体58可以至少部分地限定中央孔74。中央孔74可以包括开口端76和封闭端 78。封闭端78可以被机加工为具有能够接收弹簧引导件60的球形的几何形状。封闭端78 还可以包括位于球形几何形状中的流体凹部80，以促进弹簧引导件60在中央孔74的封闭 端78中的适当就位(即，使得液压干涉或锁死的可能性最小化)。在一个例子中，中央孔 74可以是阶梯孔，其中开口端76的直径比封闭端78的直径大。一个或多个孔口 82可以位 于中央孔74的环形内壁的较大直径处，以使得中央孔74与高压管道56流体连通。弹簧引导件60可以包括球形的基底部分83和从球形基底部分83伸出的销部84。 在一种实施方式中，球形基底部分83可以是能够与中央孔74的封闭端78的球形几何形状 配合的半球形。销部84可以具有能够接合弹簧62并将弹簧62保持至球形基底部分83的 几何形状。特别地，销部84可以包括靠近球形基底部分83的具有较小直径的第一段86、以 及远离球形基底部分83的具有较大直径的第二段88。通过这种布置，当弹簧62组装至弹 簧引导件60时，弹簧62的端部的一圈或多圈可以扩张以经过第二段88，然后收缩至较不扩 张的状态，使得所述圈被保持在第一段86 (即，第一段86可以伸入弹簧62的中央部分，且 弹簧62的一圈或多圈可以被保持在第二段88与球形基底部分83之间)。阀芯64可以被配置为接合阀座90以阻止燃料从第一或第二泵送室40、42经孔口 82流动至共轨22。在一种实施方式中，阀座90可以包括在高压泵18的壳体30中。这样， 在将出口单向阀20组装至高压泵18中之后，阀芯64可以被弹簧62偏置以与阀座90接合。 在另一种实施方式中，阀座90可以包括在出口单向阀20的主体58中。阀芯64可以是本 领域已知的任何类型的阀芯，例如球形阀芯、锥形阀芯(如图2所示)、柱形阀芯、或任何其 他适合类型的阀芯。阀芯64可以包括能够接合弹簧62的弹簧引导部分92。响应于来自第一或第二泵送室40、42的超过中央孔74内压力的压力，可以形成作用于阀芯64的力，促使 阀芯64压缩弹簧62。当弹簧62压缩时，阀芯64能够离开阀座90从流动阻止位置向流动 通过位置移动，在流动通过位置时燃料能够绕过阀芯64经孔口 82流出单向阀20。工业实用性本发明所公开的单向阀可以应用于希望控制泵的排出的任何流体系统。所公开的 单向阀特别适用于燃料喷射系统、特别是共轨燃料喷射系统中的出口单向阀。但是，本领域 技术人员将理解，所公开的单向阀可以用于可以与燃料输送或内燃机相关联或不相关联的 其他流体系统。还可以想到，如果希望，所公开的单向阀可以替代地或额外地用于控制流体 的入口流动。参照图1，当燃料系统10操作时，第一和第二驱动器44、46可以被发动机驱动以转 动，导致第一和第二活塞36、38彼此异相地在各自的第一和第二筒32、34中往复运动。当 第一活塞36经过吸入冲程时，第二活塞38可以经过泵送冲程。在第一活塞36的吸入冲程中，燃料可以经入口单向阀52被抽入第一泵送室40 中。接下来第一活塞36的泵送冲程可以使得第一泵送室40中的压强迅速上升。在压强积 蓄超过最低阈值时，出口单向阀20两侧的压差产生的作用于阀芯64(参照图2)的打开力 可以超过弹簧62的闭合力。当超过弹簧62的闭合力时，出口单向阀20可以打开(即移动 至流动通过位置)且第一泵送室40中的高压燃料能够通过出口单向阀20经孔口 82进入 高压管道56并接着经流体通道M进入共轨22。在泵送冲程的结束阶段，因为导致第一活塞36移动的第一驱动器44的角度减小， 第一活塞36的往复运动速度可以成比例地减小。并且，因为第一活塞36的往复运动速度 减小，出口单向阀20两侧的压差导致的打开力可以接近弹簧62的关闭力并随后下降至低 于关闭力。当阀芯64两侧的压差导致的打开力下降至低于弹簧62的关闭力时，阀芯64可 以移动至流动阻止位置以阻止燃料流经孔口 82。当第一活塞36从泵送切换至吸入时，第二活塞38可以将操作模式从吸入切换至 泵送。第二活塞38可以完成与上文关于第一活塞36所述的类似的泵送冲程。因为弹簧引导件60可以与主体58分离并且包括与中央孔74的封闭端78的几何 形状相配合的几何形状，所以在出口单向阀20的操作过程中弹簧引导件60能够相对于主 体58移动(即枢转)。该移动自由度可以帮助阀芯64与中央孔74内的弹簧62的对准。 并且，更好的对准可以使得出口单向阀20的摩擦和磨损最小化，从而降低束缚和故障的可 能性。此外，弹簧引导件60和中央孔74的球形几何形状容易生产并且成本较低。本领域技术人员将很清楚，对本发明的出口单向阀可以进行多种修正和变型。考 虑所公开的出口单向阀的说明书和实践，其他的实施方式对于本领域技术人员来说将是很 清楚的。说明书和例子仅意于被认为是示例性的，本发明的真正范围由后附的权利要求书 及其等同范围表示。
权利要求
1.一种单向阀(20)，包括主体(58)，其至少部分地限定具有开口端(76)和封闭端(78)的中央孔(74)； 弹簧引导件(60)，其与所述主体分离并且设置在所述中央孔的所述封闭端中； 弹簧(62)，其位于所述中央孔中并且具有与所述弹簧引导件操作地接合的第一端；以及阀芯(64)，其操作地接合所述弹簧的第二端并且能够通过压差移动以压缩所述弹簧； 其中，所述弹簧引导件相对于所述主体是能够运动的。
2.根据权利要求1所述的单向阀，其中，所述主体包括位于所述中央孔的环形侧壁中 的至少一个孔口(82)。
3.根据权利要求2所述的单向阀，其中，所述阀芯能够从流动通过位置移动至流动阻 止位置，在所述流动通过位置，来自所述中央孔的所述开口端的流体能够流过所述至少一 个孔口，在所述流动阻止位置，来自所述中央孔的所述开口端的流体不能够流过所述至少 一个孔口。
4.根据权利要求1所述的单向阀，其中，所述弹簧引导件包括基底(83)和从所述基底 伸出的销部(84)，所述销部能够接合所述弹簧的中央部分。
5.根据权利要求4所述的单向阀，其中，所述弹簧引导件的所述销部包括靠近所述基 底的直径较小的第一近侧部分(86)和直径较大的第二远侧部分(88)，所述销部能够将所 述弹簧的一部分保持在所述第二远侧部分与所述基底之间。
6.根据权利要求1所述的单向阀，其中，所述弹簧引导件能够相对于所述主体枢转。
7.根据权利要求6所述的单向阀，其中，所述弹簧引导件包括能够与所述中央孔的球 形端表面配合的外部球形表面。
8.根据权利要求1所述的单向阀，其中，所述主体包括 位于所述主体的一端的基底部分(66)；位于所述主体的相对端的非螺纹圆柱形部分(70)；以及 位于所述基底部分与所述非螺纹圆柱形部分之间的螺纹部分(68)。
9.根据权利要求8所述的单向阀，其中，所述非螺纹圆柱形部分是第一非螺纹圆柱形 部分，且所述主体还包括位于所述螺纹部分与所述基底部分之间的第二非螺纹圆柱形部分 (72)。
10.一种燃料系统(10)，包括 容器(14)，其容纳燃料供给；泵(18)，其能够将燃料从所述容器抽出并且对所述燃料进行增压，所述泵包括 壳体(30)，其至少部分地限定泵送室(40)和从所述泵送室延伸的排出通道(56)；以及 活塞(36)，其可往复运动地设置在所述泵送室中，以将增压燃料从所述泵送室排出至 所述排出通道；共轨(22)，其能够接收来自所述泵的增压燃料； 至少一个燃料喷射器(26)，其流体连接至所述共轨；以及如权利要求1至9中的任意一项所述的出口单向阀(20)，其流体联接在所述泵和所述 共轨之间。
全文摘要
本发明公开了一种用于泵(18)的单向阀(20)。该单向阀可以包括至少部分地限定具有开口端(76)和封闭端(78)的中央孔(74)的主体(58)以及与所述主体分离并且设置在所述中央孔的所述封闭端中的弹簧引导件(60)。该单向阀还可以具有位于所述中央孔中并且具有与所述弹簧引导件操作地接合的第一端的弹簧(62)、以及操作地接合所述弹簧的第二端并且能够通过压差移动以压缩所述弹簧的阀芯(64)。所述弹簧引导件相对于所述主体是可动的。
文档编号F02M59/44GK102124205SQ200980131500
公开日2011年7月13日 申请日期2009年8月3日 优先权日2008年8月14日
发明者D·A·富勒, G·W·赫菲勒, M·C·隆, S·拉雅戈帕兰 申请人:卡特彼勒公司